受电弓弓角表面处理方式的研究分析

冯 叶，林 平，李 军，孙 宁，王秋红

（南车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲412001）

1 前言

某型机车车用受电弓弓角主要材质为碳钢Q235，表面处理为电镀锌白钝化（Ep·Zn15·c1A），在段运行约一定时期后表面出现较严重的锈蚀现象（如图1所示）。

为解决高温酸雨恶劣环境下碳钢工件的耐腐蚀能力，现对电镀锌镍的耐腐蚀能力进行研究。

图1 在段运行约半年后受电弓弓角

2 电镀锌镍合金

（1）概述：电镀锌镍合金是以电镀的方式在金属表面形成一层锌镍镀层，在镀层中含有13%左右的镍。

三价铬彩色钝化是电镀锌镍合金在钝化液的作用下，反应生成不溶性锌铬氧化物，该复合氧化物在镀层表面沉积形成钝化膜，隔离了空气中的氧气和水分的渗透，对电镀层及母材形成保护。

（2）试制情况：将弓角进行电镀锌镍合金三价铬彩色钝化处理。弓角电镀锌镍合金彩钝处理后表面外观良好呈彩色的金属光泽，镀层厚度均为15μm以上，如图2所示。

图2 电镀锌镍合金三价铬彩色钝化后

（3）盐雾试验结果：按国标GB/T2423.18-2000进行72h盐雾试验。经过72h的盐雾试验，弓角（如图3所示）和表面没有明显变化。

对弓角进行电镀锌镍合金三价铬彩色钝化处理时，有一样片进行了同样的处理，随后对样片进行了快速腐蚀试验报告，报告显示其通过快速腐蚀试验1h测试（相当于中性盐雾试验1000h）。

（4）电镀锌镍合金的防腐原理：电镀锌镍合金有比较好的防腐性能，目前在海洋船舶、航空电子等行业广泛应用。根据资料显示，锌镍合金镀层的晶体随着镀层中镍含量的不同,其结构也有所不同。不同镍含量锌镍合金的表面形貌不同，如图4所示。

图4 不同镍含量锌镍合金的表面形貌

可以认为表面微观晶粒细致紧密，则其耐腐蚀性较晶粒粗大的表面要好些，分别对镀锌及锌钝化、镉钝化、镀镉钛、锌镍合金及其钝化的锌镍合金镀层进行了中性盐雾试验,其结果如表1所示。

（5）钝化膜防腐原理及颜色差异：电镀锌镍合金厚度在15μm以上，经钝化处理后，在锌镍合金表面形成了一层厚度约0.5～1μm的钝化膜，该钝化膜难溶于水，隔离了空气中的氧气和水分渗透，对锌镍合金电镀层和Q235母材形成保护。

表1 不同镀层的盐雾试验对比

三价铬彩色钝膜呈红黄绿相间的彩虹色，目前对其成因没有特定的解释。有一学说是：钝化膜中三价铬呈淡绿色或绿色，六价铬呈黄到红色，当六价铬含量高时，膜呈红黄色，三价铬含量高时，膜呈绿色。另外一种学说是：从钝化膜表面的反射光和金属基体上的反射光发生了干涉现象（类似于肥皂泡沫的干涉），当钝化膜从薄变厚时，干涉光的波长依次增大，使钝化膜颜色依黄紫蓝绿次序变化。由于不同位置钝化膜厚度会有差异，所以导致钝化膜彩虹色泽交替出现。

目前行业应用中未对彩钝颜色有苛刻的要求，现场使用时，表面只要清爽、防腐蚀性能好即可。电镀厂对电镀锌镍彩色钝化制定的企业标准中对表面颜色的要求如表2所示：

表2 电镀锌镍合金要求

可见电镀锌镍合金三价铬彩色钝化后出现彩虹色泽属于彩色钝化工艺正常现象，是现场生产中所允许的。

3 结语

经过试验及分析，碳钢表面电镀锌镍的处理方式防锈能力良好，可大大提高在酸雨高温的恶劣工况下，碳钢工件的耐腐蚀能力。此处理方式可解决机车车顶长期存在的碳钢部件锈蚀问题，提高了机车在线运行的可靠性、安全性。

[1]田伟，谢发勤，吴向清.锌镍合金镀层耐蚀性研究[J].材料保护，2008，（1）.

[2]邹锦光,刘建平,曾振欧,等.镀锌层的三价铬钝化[J].电镀与涂饰，2005，（8）.

[3]沈品华，钱宝梁.三价铬蓝白和彩色钝化溶液的研制涂料[J].涂装与电镀,2006,4(5).